甲状腺癌患者治疗过程中辐射水平的动态分析

张文亮

摘 要：目的：模拟131I治疗甲癌过程中患者引起病房内辐射水平随时间的连续变化，为甲癌患者在治疗期间对病房的防护管理提供参考;方法：利用系统动力学方法建立甲状腺癌患者治疗过程中引起周围辐射水平变化的动态模型，分析辐射剂量的变化趋势;[结果：本文模拟距患者1m处的剂量率与实际监测值的误差在12%以内，在可接受范围内。根据模拟结果，如果病房内有家属滞留会引起0.3mSv的内照射;结论：本文建立的模型适用于甲状腺癌患者治疗过程中辐射水平的动态分析，并能较好的反映出辐射水平随时间的变化规律。

关键词：甲癌治疗;系统动力学;辐射水平;动态分析

甲状腺癌患者在服用放射性131I治疗过程中，其对周围环境及公众产生的辐射水平研究较多，[1-5]但都是基于实际监测值，只能反映出特定病人、特定时间、特定距离的辐射剂量水平，不能反映出辐射剂量水平随时间连续变化情况，而患者在治疗过程中周围辐射剂量水平是连续变化的。本文建立甲状腺癌患者在治疗过程中周围辐射剂量水平变化的动态模型，模拟出辐射剂量水平的连续变化规律，这对甲癌治疗病房的辐射防护具有参考意义。

1 材料与方法

本文采用系统动力学建立辐射剂量水平的动态模型。系统动力学最早是由美国麻省理工学院教授Forrester在60年代提出来的，已经广泛应用于管理、经济、工程设计等领域，能够对影响因素联系紧密的动态的问题进行定量研究。本文建立的动态模型包括源项模块、衰减模块和剂量模块，如图1所示。

1.1 源项模块

源项模块是模拟患者体内及病房的131I滞留量。分化型甲状腺癌约占全部甲状腺癌的80%以上，[6]本文源项以分化型甲状腺癌患者为参考，一次性服用5.55×109Bq（150mCi）的Na131I，用于转移病灶治疗，治疗前患者的甲状腺已全部切除。患者服用药物初始时刻周围受照剂量主要来源于患者的外照射，随着患者排汗、呼吸等原因会使病房内131I浓度增加，导致周围环境产生额外的外照射，此时病房内如果有家属等滞留人员还会导致内照射。

1.2 衰减模块

衰减模块是模拟源项的动态变化情况。患者口服131I后由于核素的自身衰变和参与人体的内循环，核素在人体内滞留时随时间而动态变化。所以患者引起的外照射源项变化主要由于131I自然衰变和患者代谢造成的，分别用自然半衰期和生物半衰期描述，并用公式（1）描述，核素在人体内滞留量用公式（2）描述：

式中：Tr为131I的自然半衰期，h，取8.04天;Tb为131I的生物半衰期，参照Ross等人的研究结果，h，取0.35天[7];q0为0时刻体内放射性核素的活度，Bq;qi为t时刻体内放射性核素的活度，Bq。

患者排汗、呼吸等原因会使病房内131I浓度增加，产生外照射，另外，病房内的通风设施会排出部分131I。所以病房内131I引起的外照射源项变化主要受患者释放和通风共同影响。由于患者排汗、呼吸均匀，通风设施排出气体速率也是恒定的，可认为131I浓度变化仅仅由于自然衰变导致。为了简化计算病房内131I核素的外照射剂量的贡献，考虑到患者周围浓度最大，近似将整个病房的131I核素集中在患者处，其活度采用公式（3）计算：

式中：q1为131I核素充满病房的总活度，[8]Bq;q0为t时刻病房放射性核素的活度，Bq。

1.3 剂量模块

剂量模块是模拟患者周围外照射剂量和内照射剂量，包括剂量率模块和累积剂量模块两个子模块。外照射剂量包括患者体内131I引起的外照射剂量和病房内131I引起的外照射剂量。如果病房内有滞留人员，还会引起内照射。

1.3.1 剂量率模块

由于点源模型并不适用于患者体内131I引起的外照射剂量计算，本文采用相关文献[9]中的方法计算患者体内131I引起的体外辐射剂量率，其表达式分别如公式（4）、（5）、（6）。

病房内131I引起的体外辐射剂量率采用点源近似计算，其表达式分别如公式（7）：

式中：H·0为t时刻病房131I引起环境的体外辐射剂量率，Sv/h;a为比释动能的有效剂量转换系数，对于131I取0.706Sv/Gy[10];K为比释动能率常数，取1.44×10-17Gy·m2·Bq-1·s-1;r为患者到参考点的距离，m。

1.3.2 累积剂量模块

外照射累积剂量用公式（8）计算：

式中：E0为t时刻患者及病房内131I外照射的累积剂量，Sv;H·di为t时刻距离患者距离d处患者体内131I引起的体外辐射剂量率，Sv/h。

如果病房内有滞留人员，内照射引起的累积剂量用公式（9）计算：

式中：Ei为内照射引起的累积剂量，Sv;Q（t）为t时刻131I的摄入量，Bq;eT（τ）为内照射引起的累积剂量的转换系数，Sv/Bq，取2.2×10-8。

总的累积剂量用公式（10）计算：

式中：E為t时刻病房内参考点处累积剂量，Sv;E0为t时刻患者及病房内131I外照射贡献的累积剂量，Sv。

2 结果

2.1 剂量率

通过患者周围体外辐射剂量率的模拟值与实际监测值进行对比来验证本文所建立模型的正确性。文献中给出了不同治疗时段病人胸前1米处γ辐射空气吸收剂量率值，为了便于比较将文献[11]中的空气吸收剂量率值转换成有效剂量率值。在模型输入条件与文献中监测条件一致的情况下，得出距离病人1米处体外辐射剂量率的模拟值与实际监测值对比结果如图2所示。对比结果表明本文模型在各个时间点的模拟值与实际监测值的误差在12%以内，是在可接受的范围内的。说明本文所建立的模型能正确反映出患者周围辐射剂量水平随时间的变化规律。

在患者不同距离处的体外辐射剂量率模拟结果如图3所示。模拟结果表明，体外辐射剂量率随时间变化衰减很快，在距离病人1m处，患者服药24小时后衰减到初始值的12%，55小时后体外辐射剂量率低于2.5μSv/h。在病房尺度下，体外辐射剂量率随距离的衰减幅度比点源模型的幅度小。

2.2 累积剂量

3 讨论

通过与实际监测值对比，本文建立的模型适用于甲状腺癌患者治疗过程中辐射剂量的动态分析，并能较好的反映出分化型甲癌转移病灶131I治疗过程辐射剂量的随时间的变化规律，对患者出院时间评估和病房辐射防护管理具有参考意义。

影响甲癌患者治疗过程中病房内辐射剂量的因素有很多，比如患者个体差异、在病房内位置、病房体积及通风状况，本文在模型建立过程中对这些影响因素进行了简化，今后为了模拟更精确的辐射剂量值，需要对这些影响因素进行细化。

参考文献：

[1]靳平燕，欧阳伟，冯会娟，等.131I治疗分化型甲状腺癌患者的辐射剂量率研究[J].广东医学，2016，37（3）：386-388.

[2]张震.核医学放射防护状况调查与分析[J].中华放射医学与防护杂志，2012，32（6）：642-644.

[3]张学禄.放射诊断中患者辐射剂量的影响因素及控制措施[J].医疗装备，2017，30（14）：188-189.

[4]曹瑛，邱小平，葛双.放射性核素在核醫学应用中的辐射剂量估算[J].同位素，2015，（3）：171-177.

[5]韩建国.临床核医学诊疗中的辐射剂量与防护研究[J].中国卫生产业，2014（19）：1-2.

[6]成钊汀，谭建.分化型甲状腺癌术后患者131I治疗的辐射剂量与防护[J].国际放射医学核医学杂志，2014，38（2）：110-116.

[7]ROSS，Douglas S.Successful Treatment of Solitary Toxic Thyroid Nodules with Relatively Low-Dose Iodine-131，with Low Prevalence of Hypothyroidism[J].Annals of Internal Medicine，1984，101（4）：488.

[8]严源，金潇.临床核医学I-131核素治疗环境影响的分析与评价[J].中国辐射卫生，2018，27（05）：79-81.

[9]张海英.放射性131I治疗分化型甲状腺癌的辐射防护剂量学研究[D].北京协和医学院，2015.

[10]易艳玲.临床核医学诊疗中的辐射剂量与防护研究[D].2012.

[11]顾先宝，於国兵，杜勤，等.131I治疗甲状腺癌过程中外照射辐射水平的测量[J].中国辐射卫生，2016，25（3）：319-322.